一種水冷電機(jī)殼的鑄造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種水冷電機(jī)機(jī)殼鑄造方法,機(jī)殼采用鑄鋁合金,具有機(jī)殼及底座,所述機(jī)殼上布置有與機(jī)殼一體成型的帶狀螺旋布置的水道,帶狀螺旋水道與機(jī)殼一體鑄造成型,本方法通過采用特殊的鑄造和落砂工藝,使水道砂芯完全排出,水道內(nèi)無殘留砂,提供了機(jī)殼散熱效率。本方法工藝簡(jiǎn)單、成本低,并提供了利用本方法鑄造成型的電機(jī)機(jī)殼,其中螺旋形水道末端設(shè)置有進(jìn)水口和出水口,所述水道截面積大于進(jìn)水口截面積。該機(jī)殼水道對(duì)傳統(tǒng)的螺旋形水道進(jìn)行了改進(jìn)設(shè)計(jì),增加水道拐角,并合理設(shè)計(jì)拐角尺寸,以使水道更符合生產(chǎn)需要。
【專利說明】一種水冷電機(jī)殼的鑄造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及到電機(jī)制造領(lǐng)域,尤其是水冷電機(jī)機(jī)殼的制造方法及結(jié)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著新能源汽車的推廣和應(yīng)用,電動(dòng)汽車以及油電混合動(dòng)力汽車已經(jīng)得到充分的開發(fā)和利用,二者相同之處在于不可避免地使用驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī),以維持車輛行駛動(dòng)力。驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)一般需具有較高功率,尤其是應(yīng)用于較大型商用車,如公交車、客車等。但是電動(dòng)機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)由于電流熱效應(yīng)及機(jī)械能損失等,使電動(dòng)機(jī)的發(fā)熱量大,限制了電機(jī)效率的提升。由于防護(hù)等級(jí)要求較高,電機(jī)內(nèi)部產(chǎn)生的熱量很難直接導(dǎo)出,一般采用機(jī)殼水冷方式進(jìn)行換熱。鋁合金由于密度低,導(dǎo)熱系數(shù)高經(jīng)常被選作機(jī)殼材料?,F(xiàn)有鋁合金機(jī)殼多為鋁型材并通過焊接形成水道,該種工藝只能形成沿電機(jī)軸向S型布置的水路,且焊接成本高,焊接質(zhì)量不易控制。S型水路由于彎頭水阻大,導(dǎo)致水泵功率及揚(yáng)程需求高,也會(huì)使得整個(gè)水路循環(huán)管道承受更多的壓力,安全系數(shù)低。鋁合金質(zhì)機(jī)殼螺旋水道的鑄造一直是業(yè)內(nèi)尋求解決的問題,由于螺旋水道結(jié)構(gòu)復(fù)雜,普通的落砂工藝不能將水道中的砂芯去除干凈,阻塞水道影響散熱效果。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0003]本發(fā)明提供一種水冷電機(jī)殼的鑄造方法,提供一種制造簡(jiǎn)單、產(chǎn)品缺陷較少、工藝易于實(shí)現(xiàn)的鑄造方法。所述水冷電機(jī)殼具有螺旋形水道,所述水道與所述電機(jī)殼一體成型鑄造而成;其特征在于,所述鑄造方法包括以下步驟:
[0004](I)制作螺旋形水道砂芯;
[0005](2)將砂芯充分干燥;
[0006](3)將機(jī)殼內(nèi)模具和外模具預(yù)熱處理;
[0007](4)將水道砂芯置于機(jī)殼內(nèi)模具和外模具,與機(jī)殼外模具相互定位;
[0008](5)將金屬熔液澆濤入內(nèi)模具和外模具之間;
[0009](6)自然冷卻成型后將內(nèi)模具和外模具分開;
[0010](7)將機(jī)殼進(jìn)行熱處理,使水道砂芯自動(dòng)粉碎;
[0011](8)向機(jī)殼水道內(nèi)水力沖洗清砂。
[0012]在上述步驟(I)中,所述砂芯的采用兩種以上覆膜砂與酚醛樹脂混合。當(dāng)所述砂芯的制作采用三種覆膜砂與酚醛樹脂混合時(shí),所述三種覆膜砂的比例分別為50%?70%、10%?20%、10%?40%。所述酚醛樹脂與覆膜砂混合物比例為不大于10%。
[0013]優(yōu)選地,所述機(jī)殼采用ZL104型鋁合金鑄造。
[0014]步驟(7)中,所述熱處理溫度為540°C,時(shí)間為4小時(shí)。
[0015]另外,還提供一種利用上述方法鑄造的水冷電機(jī),具有機(jī)殼及底座,所述機(jī)殼上布置有與機(jī)殼一體成型的帶狀螺旋布置的水道,水道末端設(shè)置有進(jìn)水口和出水口,所述水道截面積大于進(jìn)水口截面積。所述機(jī)殼上布置有出線口,所述水道沿所述出線口形狀環(huán)繞布置。整個(gè)水道各部分截面積相同。
[0016]本發(fā)明的螺旋水道與機(jī)殼一體成型同時(shí)鑄造成型,無需焊接,鑄造成型后直接進(jìn)入精加工工序,相比現(xiàn)有螺旋水路焊接制造工藝,取消了焊接工序,節(jié)省了焊接材料和焊接人工,避免了因焊接產(chǎn)生的漏水問題和焊接結(jié)構(gòu)機(jī)座由于焊縫原因?qū)е峦庥^差的問題。一體成型的結(jié)構(gòu)也使得螺旋水路完全與機(jī)殼接觸,達(dá)到了二者的最大接觸面積,熱傳遞效率聞。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0017]圖1是本發(fā)明水冷電機(jī)機(jī)殼結(jié)構(gòu)示意圖;
[0018]圖2是利用本發(fā)明所提供的機(jī)殼鑄造方法所涉及的砂芯水道結(jié)構(gòu)示意圖;
[0019]圖3是砂芯水道主視圖。
[0020]I是機(jī)殼,2是進(jìn)水孔,3是出水孔,4是接線盒,5是進(jìn)水口,6是出水口,7是砂芯水道,8是定位栓。
【具體實(shí)施方式】
[0021]本發(fā)明提供一種具有螺旋形水道的電機(jī)殼的鑄造方法,利用砂型形成水道結(jié)構(gòu),采用重力澆鑄實(shí)現(xiàn),使金屬液如鋁合金溶液在重力作用下注入鑄型。具體方法如下:
[0022]制作砂芯:根據(jù)機(jī)殼水道結(jié)構(gòu)制造如圖2所示的砂芯,將兩種以上覆膜砂與適量酚醛樹脂適當(dāng)混合,通過射芯機(jī),用壓縮空氣將砂粒與酚醛樹脂混合物吹進(jìn)砂芯模具中,此時(shí)砂芯模具預(yù)熱溫度為250°C。在一定的壓力下保溫保壓20分鐘,開模后即可得到具有一定強(qiáng)度和滿足結(jié)構(gòu)尺寸要求的砂芯。該砂芯要求在干燥后具有一定的強(qiáng)度,能夠承受澆鑄時(shí)金屬液的沖擊,且能夠在機(jī)殼熱處理時(shí)自動(dòng)粉碎便于清理。由于砂芯是用于機(jī)殼內(nèi)部水道成型,需要定位于鑄造機(jī)殼的內(nèi)模具與外模具之間,制作砂芯水道7時(shí)在其本體上同時(shí)形成定位栓8,與砂芯的定位栓8位置相對(duì)應(yīng)的外模具內(nèi)壁上設(shè)置有凹槽,定位時(shí)將定位栓插入凹槽,便于砂芯定位。砂芯制造好后,應(yīng)充分干燥,以避免鑄造時(shí)大量發(fā)氣影響鑄造質(zhì)量。
[0023]定位:將機(jī)殼內(nèi)模具和外模具分別充分預(yù)熱后,將砂芯置于內(nèi)模具與外模具之間,利用定位栓8精確定位。
[0024]澆鑄:將溶化的金屬液從內(nèi)模具與外模具上方澆鑄至內(nèi)模具與外模具之間,澆鑄后若發(fā)氣量大,應(yīng)在冒口進(jìn)行補(bǔ)縮。
[0025]分模:鑄造的機(jī)殼經(jīng)冷卻成型后采用自動(dòng)分模機(jī)構(gòu)將模具打開取出。
[0026]熱處理及落砂:考慮到機(jī)殼需承受各種負(fù)載,且加工質(zhì)量和加工效率的要求,需對(duì)機(jī)殼進(jìn)行熱處理,在熱處理時(shí)砂芯在高溫下自動(dòng)粉碎從水道口及預(yù)留工藝孔處排出。所以砂芯在制作時(shí)需要考慮到機(jī)件的熱處理溫度,以使砂芯在該熱處理溫度下能夠自動(dòng)粉碎。
[0027]清砂:機(jī)加工后還應(yīng)該做氣密測(cè)試,測(cè)試合格后的產(chǎn)品需沖水5分鐘以上保證殼體水道內(nèi)的砂子完全排凈。
[0028]上述步驟是本發(fā)明的鑄造方法的一般步驟,作為本發(fā)明的一種實(shí)施例,以鋁合金為例,詳細(xì)講解上述步驟。鋁合金制機(jī)殼具有質(zhì)量小,強(qiáng)度高,成本低等特點(diǎn),本實(shí)施例選用ZL104型鋁合金,用于機(jī)殼鑄造。首先,利用三種覆膜砂與酚醛樹脂適當(dāng)混合形成砂芯,由于要求該砂芯機(jī)殼熱處理時(shí)自動(dòng)粉碎,對(duì)覆膜砂與酚醛樹脂混合物成份比例進(jìn)行適當(dāng)控制。本實(shí)施例中機(jī)殼熱處理溫度為400?600°C,故在覆膜砂與樹脂混合時(shí)選用適當(dāng)?shù)谋壤?,以下是不同比例三種覆膜砂混合所制作砂芯的粉碎溫度:
[0029]
1#覆膜砂 12#覆膜砂~13#覆膜砂 I酚醛樹脂比例I粉碎溫度
50%30%20%10%500 ?65CTC
50%20%30%5%400 ?500。。
40%60%O5%450 ?550。。
[0030]砂芯制作好以后,應(yīng)進(jìn)行干燥,干燥時(shí)可以采用室溫下用風(fēng)扇進(jìn)行吹風(fēng),當(dāng)其濕度低20%時(shí),可以認(rèn)為已經(jīng)充分干燥。
[0031]由于采用重力澆鑄,鋁合金熔液從模具頂部至模具底部需經(jīng)過一段時(shí)間,為保證鋁合金熔液順利流入模具底部而不在澆鑄過程中出現(xiàn)凝固現(xiàn)象,需將模具進(jìn)行預(yù)熱處理,根據(jù)ZL104型鋁合金的特點(diǎn),模具預(yù)熱條件應(yīng)在200?300°C。預(yù)熱后將砂芯置于內(nèi)外模具之間并定位,形成澆鑄模型。
[0032]將溶化的鋁合金熔液從內(nèi)模具與外模具上方澆鑄至內(nèi)模具與外模具之間。由于砂芯形成水道形狀,經(jīng)鋁合金熔液澆鑄的機(jī)殼將形成具有中空水道的一體式結(jié)構(gòu)。采用重力澆鑄方式鑄造容易在冒口處形成缺陷,補(bǔ)縮即可。
[0033]冷卻成型的鋁合金機(jī)殼需經(jīng)過熱處理,采用T6熱處理工藝,熱處理溫度為500?650°C,最好是540°C ±10°C,處理時(shí)間4小時(shí),此時(shí)機(jī)殼內(nèi)砂芯會(huì)自動(dòng)碎裂,從水道口及預(yù)留的工藝孔處排出。
[0034]機(jī)殼進(jìn)行機(jī)加工后測(cè)試合格后的產(chǎn)品需沖水5分鐘以上以保證殼體水道內(nèi)的砂子完全排凈。
[0035]應(yīng)用以上方法所鑄造的水冷電機(jī),如圖1,具有機(jī)殼和底座,其中機(jī)殼上設(shè)置有與機(jī)殼一體成型的螺旋形水道。由于螺旋形散熱水道的概念早已經(jīng)被提出,但受限于制造工藝,螺旋形散熱水道始終停留在機(jī)殼焊接形成,或使用銅管形成水道的階段。與機(jī)殼一體鑄造成型的螺旋水道目前還沒有投入實(shí)際應(yīng)用的先例。本發(fā)明所提供的水冷電機(jī)使用與螺旋水道一體鑄造成型的機(jī)殼1,使螺旋水路完全與機(jī)殼接觸,達(dá)到了二者的最大接觸面積,熱傳遞效率更高。機(jī)殼螺旋水道在設(shè)計(jì)時(shí)既要兼顧換熱面積又要考慮水流的阻力,在水道設(shè)計(jì)時(shí),盡量使水道整體截面積相同,以保持水流的順暢及水流阻力最小。圖2和圖3是鑄造本發(fā)明機(jī)殼水道所用的砂芯示意圖。通過該砂芯可以看出本發(fā)明的水冷電機(jī)用機(jī)殼水道的特點(diǎn)。在水道的正常寬度,或者平均寬度標(biāo)記為d,其設(shè)計(jì)成略大于進(jìn)水口 5的寬度,以使水道內(nèi)水阻進(jìn)一步減小;但二者截面積差不宜過大,否則會(huì)在水道中形成氣泡甚至空間夾層,降低導(dǎo)熱效率。
[0036]機(jī)殼I外部設(shè)置有進(jìn)水孔2和出水孔3,設(shè)置于所述機(jī)殼下部,分別與水道進(jìn)水口5和出水口 6相通。將進(jìn)水孔2和出水孔3有利于水泵設(shè)置,且進(jìn)水孔2和出水孔3沿機(jī)殼徑向設(shè)置,便于排水管安裝。在工藝允許的范圍內(nèi),進(jìn)水孔2和出水孔3應(yīng)設(shè)計(jì)成越貼近機(jī)殼本體越好。
[0037]作為本發(fā)明水冷電機(jī)的一種實(shí)現(xiàn)方式,電機(jī)機(jī)殼上設(shè)計(jì)有出線口,即接線盒4,用于電機(jī)繞組導(dǎo)線引出,出線口處結(jié)構(gòu)的缺失,一般情況下,會(huì)引起機(jī)殼上散熱水道的布置困難。本發(fā)明中所提供的散熱水道,沿接線盒4形狀環(huán)繞布置,即當(dāng)接線盒4是方形時(shí),水道沿方形接線盒迂回環(huán)繞,在拐角處保持水道的截面積不變,既可以保證機(jī)殼均勻散熱,避免漩渦,又可以保證水阻較小。根據(jù)圖2的顯示,水道平均寬度為d,遇方形接線盒迂回拐角處平均寬度為d’,理想情況下,d應(yīng)當(dāng)與d’數(shù)值相同或相近,以保持冷卻水流速一致。進(jìn)一步,采用鋁制或鋁合金制機(jī)殼,具有良好的散熱性能,并且能夠進(jìn)一步減輕電機(jī)重量,提高電機(jī)效率。對(duì)于本發(fā)明所公開的采用螺旋水道的機(jī)殼,宜采用重力澆鑄的方式鑄造而成。
【權(quán)利要求】
1.一種水冷電機(jī)殼的鑄造方法,所述水冷電機(jī)殼具有螺旋形水道,所述水道與所述電機(jī)殼一體成型鑄造而成;其特征在于,所述鑄造方法包括以下步驟: (1)制作螺旋形水道砂芯; (2)將砂芯充分干燥; (3)將機(jī)殼內(nèi)模具和外模具預(yù)熱處理; (4)將水道砂芯置于機(jī)殼內(nèi)模具和外模具,與機(jī)殼外模具相互定位; (5)將金屬熔液澆濤入內(nèi)模具和外模具之間; (6)自然冷卻成型后將內(nèi)模具和外模具分開; (7)將機(jī)殼進(jìn)行熱處理,使水道砂芯自動(dòng)粉碎; (8)向機(jī)殼水道內(nèi)水力沖洗清砂。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水冷電機(jī)殼的鑄造方法,其特征在于,所述砂芯的采用兩種以上覆膜砂與酚醛樹脂混合。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的水冷電機(jī)殼的鑄造方法,其特征在于,所述砂芯的制作采用三種覆膜砂與酚醛樹脂混合,所述三種覆膜砂的比例分別為50%?70%、10%?20%、10%?40%。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的水冷電機(jī)殼的鑄造方法,其特征在于,所述酚醛樹脂與覆膜砂混合物比例不大于10 %。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的水冷電機(jī)殼的鑄造方法,其特征在于,所述機(jī)殼采用ZL104型鋁合金鑄造。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的水冷電機(jī)殼的鑄造方法,其特征在于,所述熱處理溫度為540°C,時(shí)間為4小時(shí)。
7.—種水冷電機(jī),使用如權(quán)利要求1?6任意一項(xiàng)所述的方法鑄造而成,其特征在于,具有機(jī)殼及底座,所述機(jī)殼上布置有與機(jī)殼一體成型的帶狀螺旋布置的水道,水道末端設(shè)置有進(jìn)水口和出水口,所述水道截面積大于進(jìn)水口截面積。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水冷電機(jī),其特征在于,所述機(jī)殼上布置有出線口,所述水道沿所述出線口形狀環(huán)繞布置。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水冷電機(jī),其特征在于,整個(gè)水道各部分截面積相同。
【文檔編號(hào)】B22C1/00GK104209472SQ201410438179
【公開日】2014年12月17日 申請(qǐng)日期:2014年8月29日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月29日
【發(fā)明者】胡淼, 楊凱新 申請(qǐng)人:天津市松正電動(dòng)汽車技術(shù)股份有限公司